一种自动驾驶汽车用方向驱动系统的制作方法

本发明涉及一种汽车转向装置，确切地说是一种自动驾驶汽车用方向驱动系统。

背景技术：

方向盘是车辆控制方向用的重要设备，对车辆运行的安全性和可靠性起着极为重要的作用，但随着当期汽车自动化驾驶系统及智能驾驶系统的推广和普及，具备无人驾驶能力的汽车使用量越来越大，但在实际使用中发现，当前具备自动驾驶能力的车辆中，所使用的方向盘设备均采用传统结构，虽然可以满足转向作业的需要，但当车辆处于自动运行过程中，车内人员依然可以通过对方向盘进行操控而达到对车辆运行路线进行调整，从而极易导致车辆自动运行系统对方向操控作业和驾驶人员对方向盘操控作业时对车辆运行路线控制产生矛盾，从而严重影响车辆运行安全性和可靠性，尤其是当车辆在自动驾驶状态下，因车内人员对方向盘的误操作，更是会对车辆运行安全性和可靠性造成严重的影响，因此针对这一问题，需要开发一种发明的车辆方向盘结构，以满足实际使用的需要。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种自动驾驶汽车用方向驱动系统，该发明结构简单，使用灵活方便，安装、维护便捷，运行精度高，一方面可根据使用需要，灵活在车辆自动驾驶和人工驾驶状态下进行切换，并在自动驾驶状态下，确保车内人员因误操作等驱动方向盘时而导致的车辆运行状态改变和失控，另一方面在方向盘运行作业时，可有效的提高方向盘转向驱动作业精度，从而极大的提高了车辆运行操控作业的可靠性和安全性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种自动驾驶汽车用方向驱动系统，包括承载架、车辆转向机构、传动轴、辅助转向驱动机构、电磁离合器、方向盘、角度传感器及控制器，承载架为框架结构，安装在车架上，车辆转向机构位于承载架下端面，并与车辆转向轮相互连接，传动轴、辅助转向驱动机构、电磁离合器均嵌于承载架内，其中传动轴与承载架同轴分布并通过轴承与承载架相互连接，辅助转向驱动机构通过滑轨安装在承载架侧表面，与传动轴间通过传动机构相互连接，并与控制器电气连接，传动轴前端与车辆转向机构相互连接，末端与电磁离合器相互连接，且电磁离合器与传动轴相互同轴分布，方向盘包括轮圈、轮辐、轮毂及连接轴，轮辐分别与轮圈和轮毂相互连接，且轮圈、轮辐、轮毂同轴分布，轮毂位于轮辐正下方，并与连接轴前端相互连接，轮毂与连接轴相互同轴分布，连接轴末端通过棘轮机构与电磁离合器相互连接，角度传感器若干，分别均布在传动轴上端面、下端面、方向盘的连接轴和车辆转向机构上，并分别与控制电路电气连接，控制器包括执行机构、信号指示灯、操作键及显示器，其中执行机构通过滑轨安装在承载架侧表面，信号指示灯、操作键及显示器均嵌于方向盘的轮辐上，并与执行机构电气连接。

进一步的，所述的电磁离合器上设至少一个到位传感器，且各到位传感器分别控制器的执行机构电气连接。

进一步的，所述的轮辐与轮圈、轮毂为一体式结构，或轮辐通过定位销分别与轮圈、轮毂相互连接。

进一步的，所述的轮圈、轮辐均包括承载龙骨、弹性垫层及外蒙皮，所述的弹性垫层包覆在承载龙骨外，所述的外蒙皮包覆在弹性垫层外，所述的外蒙皮上均布若干透孔，所述的透孔直径为0.01—1毫米，且透孔总面积为外蒙皮表面面积的20%—70%。

进一步的，所述的轮辐包括连接臂及承载基座，所述的连接臂至少两条，环绕承载基座轴线分布在承载基座外表面，且连接臂与承载基座轴线呈0°—90°夹角，所述的承载基座包括承载槽及密封盖，所述的承载槽和密封盖相互连接构成密闭腔体结构，所述的承载槽为横截面呈“凵”槽状结构，所述的信号指示灯、操作键及显示器均嵌于承载槽内，且信号指示灯、操作键及显示器对应的密封盖对应位置处设操作孔，且所述的信号指示灯、操作键及显示器嵌于操作孔内。

进一步的，所述的执行机构包括承载壳、控制电路、辅助驱动电源、接线端子，其中所述的承载壳为密闭腔体结构，所述的承载壳内设至少一条隔板，将承载壳内自下向上分为电源腔和操控腔，所述的辅助驱动电源嵌于电源腔内并与控制电路和接线端子电气连接，所述的控制电路位于操控腔内并与接线端子电气连接，所述的接线端子至少一个，嵌于承载壳外表面并分别与辅助转向驱动机构、电磁离合器、角度传感器、信号指示灯、操作键及显示器电气连接。

进一步的，所述的控制电路为基于dsp、fpga芯片的自动控制电路，并设至少一个串口通讯装置、至少一个调压电路、至少一个继电器控制电路和一个数据通讯总线。

进一步的，所述的辅助驱动电源括蓄电池组、充放电控制器及电源接线端子、，所述的充放电控制器分别与蓄电池组、电源接线端子电气连接，并通过电源接线端子与汽车电源电路电气连接。

进一步的，所述的承载架包括至少一截架体，且当架体为两个或两个以上时，则各架体间通过棘轮机构铰接，且每个架体内均设一段传动轴，各架体内的传动轴均与其所在的架体同轴分布，相邻架体间的传动轴间通过棘轮机构相互铰接。

本发明结构简单，使用灵活方便，安装、维护便捷，运行精度高，一方面可根据使用需要，灵活在车辆自动驾驶和人工驾驶状态下进行切换，并在自动驾驶状态下，确保车内人员因误操作等驱动方向盘时而导致的车辆运行状态改变和失控，另一方面在方向盘运行作业时，可有效的提高方向盘转向驱动作业精度，从而极大的提高了车辆运行操控作业的可靠性和安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明结构示意图；

图2为轮辐结构示意图；

图3为承载壳结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1—3所述的一种自动驾驶汽车用方向驱动系统，包括承载架1、车辆转向机构2、传动轴3、辅助转向驱动机构4、电磁离合器5、方向盘6、角度传感器7及控制器8，承载架1为框架结构，安装在车架9上，车辆转向机构2位于承载架1下端面，并与车辆转向轮10相互连接，传动轴3、辅助转向驱动机构4、电磁离合器5均嵌于承载架1内，其中传动轴3与承载架1同轴分布并通过轴承与承载架1相互连接，辅助转向驱动机构4通过滑轨11安装在承载架1侧表面，与传动轴3间通过传动机构12相互连接，并与控制器8电气连接，传动轴3前端与车辆转向机构2相互连接，末端与电磁离合器5相互连接，且电磁离合器5与传动轴3相互同轴分布。

同时，所述的方向盘6包括轮圈61、轮辐62、轮毂63及连接轴64，轮辐62分别与轮圈61和轮毂63相互连接，且轮圈61、轮辐62、轮毂63同轴分布，轮毂63位于轮辐62正下方，并与连接轴64前端相互连接，轮毂63与连接轴64相互同轴分布，连接轴64末端通过棘轮机构65与电磁离合器5相互连接，角度传感器7若干，分别均布在传动轴3上端面、下端面、方向盘6的连接轴64和车辆转向机构2上，并分别与控制电路8电气连接。

且所述的控制器8包括执行机构81、信号指示灯82、操作键83及显示器84，其中执行机构81通过滑轨11安装在承载架1侧表面，信号指示灯82、操作键83及显示器84均嵌于方向盘6的轮辐62上，并与执行机构81电气连接。

此外，所述的电磁离合器5上设至少一个到位传感器12，且各到位传感器12分别控制器8的执行机构81电气连接。

本实施例中，所述的轮辐62与轮圈61、轮毂63为一体式结构，或轮辐62通过定位销分别与轮圈61、轮毂63相互连接，所述的轮圈61、轮辐62均包括承载龙骨601、弹性垫层602及外蒙皮603，所述的弹性垫层602包覆在承载龙骨601外，所述的外蒙皮603包覆在弹性垫层602外，所述的外蒙皮603上均布若干透孔604，所述的透孔604直径为0.01—1毫米，且透孔604总面积为外蒙皮603表面面积的20%—70%。

与此同时，所述的轮辐62包括连接臂621及承载基座，所述的连接臂621至少两条，环绕承载基座轴线分布在承载基座外表面，且连接臂621与承载基座轴线呈0°—90°夹角，所述的承载基座包括承载槽622及密封盖623，所述的承载槽622和密封盖623相互连接构成密闭腔体结构，所述的承载槽622为横截面呈“凵”槽状结构，所述的信号指示灯82、操作键83及显示器84均嵌于承载槽622内，且信号指示灯82、操作键83及显示器84对应的密封盖623对应位置处设操作孔624，且所述的信号指示灯82、操作键83及显示器84嵌于操作孔624内。

本实施例中，所述的执行机构81包括承载壳811、控制电路812、辅助驱动电源813、接线端子814，其中所述的承载壳811为密闭腔体结构，所述的承载壳811内设至少一条隔板815，将承载壳811内自下向上分为电源腔816和操控腔817，所述的辅助驱动电源813嵌于电源腔816内并与控制电路812和接线端子814电气连接，所述的控制电路812位于操控腔817内并与接线端子814电气连接，所述的接线端子814至少一个，嵌于承载壳811外表面并分别与辅助转向驱动机构4、电磁离合器5、角度传感器7、信号指示灯82、操作键83及显示器84电气连接。

其中，所述的控制电路812为基于dsp、fpga芯片的自动控制电路，并设至少一个串口通讯装置、至少一个调压电路、至少一个继电器控制电路和一个数据通讯总线，所述的辅助驱动电源括蓄电池组、充放电控制器及电源接线端子、，所述的充放电控制器分别与蓄电池组、电源接线端子电气连接，并通过电源接线端子与汽车电源电路电气连接。

值得注意的，所述的承载架包括至少一截架体，且当架体为两个或两个以上时，则各架体间通过棘轮机构铰接，且每个架体内均设一段传动轴，各架体内的传动轴均与其所在的架体同轴分布，相邻架体间的传动轴间通过棘轮机构相互铰接。

本发明在具体实施时，首先对承载架、车辆转向机构、传动轴、辅助转向驱动机构、电磁离合器、方向盘、角度传感器及控制器进行组装，然后将组装好的本发明各零部件均安装到车辆上，一方面使承载架与车架连接，另一方面使车辆转向机构与车辆的转向轮相互连接，使控制器与车辆的电源电路和行车电脑电路相互电气连接，完成设备安装备用。

在具体操作时，通过控制器对根据车辆自动驾驶状态和自动驾驶状态对方向盘运行状态进行切换：

其中当车辆处于自动运行作业时，通过控制器驱动，由电磁离合器将传动轴与方向盘的连接轴间断开连接，从而使得方向盘在误操作时不会对车辆运行状态造成影响，同时通过车辆行车电脑根据车辆运行控制需要，对控制器发送转向信号，然后由控制器驱动辅助转向驱动机构运行，然后由车辆转向机构通过传动轴驱动车辆转向机构运行，然后由车辆转向机构驱动车辆转向路进行转向作业，从而实现进行自动控制车辆转向的目的。

当车辆处于手动运行作业时，通过控制器驱动，由电磁离合器将传动轴与方向盘的连接轴间进行连接，从而实现在车内直接驱动方向盘实现对车辆运行方向进行操控调整的目的，同时在操作的同时，由辅助转向驱动机构运行为转向提供辅助转向驱动力。

本发明结构简单，使用灵活方便，安装、维护便捷，运行精度高，一方面可根据使用需要，灵活在车辆自动驾驶和人工驾驶状态下进行切换，并在自动驾驶状态下，确保车内人员因误操作等驱动方向盘时而导致的车辆运行状态改变和失控，另一方面在方向盘运行作业时，可有效的提高方向盘转向驱动作业精度，从而极大的提高了车辆运行操控作业的可靠性和安全性。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。